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轿车规划需求低EMI同步降压型转换器

由于汽车中持续增加电子系统以提高安全性、舒适性、效率和性能,同时最大限度减少有害尾气排放,因此汽车需要物理尺寸更小、功率大得多的电

由于轿车中继续添加电子体系以进步安全性、舒适性、功率和功用,一起最大极限削减有害尾气排放,因而轿车需求物理尺度更小、功率大得多的电源解决方案就家常便饭了。别的,跟着轿车中 EMI 灵敏体系的激增,下降开关电源的 EMI 是至关重要,这些都给开关稳压器 IC的 规划带来了更多的应战。依据商场研究机构Strategy Analytics的查询指出,未来 7 年,这些需求将使半导体器材以每年 5% 的均匀年复合添加率 (CAAGR) 添加,到 2021 年,全体商场规模将超越 410 亿美元,而 2014 年这一数字为 289 亿美元,其间,超越 40% 的收入将来自于对微操控器和电源半导体器材的需求。

一起,Strategy Analytics 对轿车中电子体系的添加供给了十分量化的猜测,不过更风趣的是,在这种添加中,电源 IC 发挥了重要的效果,这类新式电源 IC 规划有必要具有以下特色:

(1)在很宽的电压范围内供给牢靠的功用,包含处理超越 36V 的瞬态
(2)具有超低电磁搅扰 (EMI) 辐射
(3)供给最高功率以最大极限削减过热问题和优化电池作业时刻
(4)解决方案占板面积最小,需求十分大的功率密度以及 2MHz 或更高的开关频率,以坚持开关噪声落在 AM无线电频段以外,一起坚持解决方案占板面积十分小
(5)具有超低静态电流( <10μA) 以完成始终坚持接通体系 (例如安保、环境操控和信息文娱体系) 在引擎 (沟通发电机) 不作业的状况下保持作业状况,且不会耗费轿车的电池电量 进步电源 IC 功用的意图是,完成日益杂乱和许多的电子体系规划。在轿车的每一个方面都能看到驱动这种添加的运用,例如,新式安全行车体系,这包含车道监督、自适应安全行车操控、主动转向和前灯调光。信息文娱体系 (车载多媒体体系) 也在继续演化,在一个现已很拥堵的空间中包容了越来越多的功用,该体系还有必要支撑日益添加的云运用。先进的引擎办理体系具有停 / 启体系和许多选用电子产品的变速器和引擎操控体系,还有旨在一起进步功用、行车安全和舒适度的传动体系以及底盘办理体系。十 年前,这些体系仅呈现在高端豪华型轿车中,但今天在每个制作商的轿车中都归于常见体系,这进一步加快了轿车电源 IC 的添加。图 1 显现了现在轿车中一般能够见到的许多电子体系。


图 1 轿车中的电子体系在激增

轿车体系中的瞬态

虽然轿车中的电池总线电压一般为12V (在 9V 至 16V 之间改变,取决于何时沟通发电机充电)。此外,在各种暂时条件下,铅酸电池电压受多种改变影响,冷车发起和停-启状况可能将电池电压拉低至 3.5V,而抛载可能使电池总线电压高达 36V。因而,电源 IC 有必要能够在多种输入电压改变的状况下精确地调理输出。在冷车发起/停-启和抛载时,单节铅酸电池的宽暂时电压摆幅如图 2 所示。请注意,适宜的电源 IC (这里是 LT8640) 在呈现上述状况时精确地调理了 3.3V 输出。


图 2 在 36V 负载突降瞬态和 4V 冷车发起状况下 LT8640 的体现

20V/DIV:每格 20V
LOAD DUMP:负载突降
COLD CRANK:冷车发起

低EMI作业

由于轿车电气环境有固有噪声,而许多运用对电磁搅扰 (EMI) 是灵敏的,所以火烧眉毛的是,开关稳压器不能加剧 EMI 问题。由于一般状况下,开关稳压器是输入电源总线上的第一个有源组件,所以不管下流转化器功用怎么,开关稳压器都会对全体转化器 EMI 功用发生明显影响,因而最大极限下降 EMI 是十分急迫的使命。曩昔选用的解决方案是,运用一个 EMI 屏蔽盒,可是这极大地添加了解决方案的本钱和尺度,一起使热量办理、测验和制作愈加杂乱。电源办理IC 内部能够采纳的另一种解决方案是下降内部MOSFET开关边缘的速率。不过,这发生了不良的影响,下降了功率并延长了最短接通时刻,影响了 IC 在 2MHz 或更高开关频率时供给低占空比的才能。由于人们期望具有高功率和小尺度解决方案,所以这不是一个可行的解决方案。走运的是,商场上现已推出了一些共同的电源 IC 规划,以一起完成快速开关频率、十分高的功率和很短的最短接通时刻。这些规划一般具有低 20dB 以上的 EMI 辐射,一起供给 2MHz 开关频率和 95% 的功率,有些还供给扩展频谱功用,这能够将 EMI 辐射再下降 10dB,这样的功用无需额定添加组件或屏蔽就能够完成,然后在开关稳压器规划范畴完成了重要打破。

高功率作业

轿车运用中电源办理 IC 高功率作业十分重要,原因有二,首要,电源转化功率越高,以热量方式糟蹋的能量就越少。由于热量是任何电子体系长时间牢靠性的“敌人”,所以有必要有用办理热量,这一般需求用散热器完成冷却,然后增大了全体解决方案的杂乱性、尺度和本钱。其次,在混合动力或电动轿车中,糟蹋的任何电能都将直接削减其行进路程。直到最近,高压单片电源办理 IC 和高功率同步整流规划仍是彼此排挤的,由于所需求的 IC 工艺不能一起支撑这两种要求。曩昔,最高功率的解决方案是高压操控器,这类操控器选用外部 MOSFET 完成同步整流。但是,与单片解决方案比较,对低于 25W 的运用而言,这样的装备相对杂乱和粗笨。走运的是,现在商场上现已呈现了可通过内部同步整流一起供给高压和高功率的新式电源办理 %&&&&&%。

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